WO2012172650A1 - 半導体素子の冷却構造 - Google Patents

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WO2012172650A1
WO2012172650A1 PCT/JP2011/063664 JP2011063664W WO2012172650A1 WO 2012172650 A1 WO2012172650 A1 WO 2012172650A1 JP 2011063664 W JP2011063664 W JP 2011063664W WO 2012172650 A1 WO2012172650 A1 WO 2012172650A1
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refrigerant
cooling air
cooling
fin
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博人 日下
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トヨタ自動車株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H05K7/20918Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention generally relates to a semiconductor element cooling structure, and more particularly to a semiconductor element cooling structure applied to a power control unit (PCU) mounted on a vehicle.
  • PCU power control unit
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-295178 discloses an electronic device intended to maintain a uniform endothermic fluid flow rate so that the temperature of the surface in contact with the electronic element is constant.
  • An element heat sink device is disclosed (Patent Document 1).
  • Patent Document 2 An electric power conversion device is disclosed (Patent Document 2).
  • a plurality of radiating fins are attached to a heat receiving plate to constitute a heat sink.
  • the heat dissipating fin on the entrance side of the heat sink protrudes greatly as it is farther from the entrance of the cooling gas and is formed in a staircase shape.
  • JP 2006-295178 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-30002
  • an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a semiconductor element cooling structure for uniformly cooling a plurality of semiconductor elements.
  • the semiconductor element cooling structure includes a refrigerant passage through which a refrigerant flows, and a first branch passage and a second branch passage that are branched from the refrigerant passage and arranged on both sides of the refrigerant passage.
  • the cooling structure cools the plurality of semiconductor elements by the refrigerant flowing through the first branch passage and the second branch passage.
  • the cooling structure of the semiconductor element has a wall portion provided on the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage, and is spaced from each other in the refrigerant flow direction in the refrigerant passage, and forms a first branch passage at a position adjacent to each other.
  • a plurality of first fin portions and a plurality of second fin portions that are spaced apart from each other in the flow direction of the refrigerant in the refrigerant passage and form a second branch passage at positions adjacent to each other.
  • Each of the first fin portion and the second fin portion has an end portion at a tip extending toward the refrigerant passage.
  • the end portion of the first fin portion is directed toward the refrigerant passage rather than the end portion of the first fin portion adjacent to the first fin portion and the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage. It is provided not to extend greatly.
  • the end portion of the second fin portion is directed toward the refrigerant passage rather than the end portion of the second fin portion adjacent to the second fin portion and the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage. It is provided not to extend greatly.
  • the gradient of the imaginary line obtained by connecting the ends between the plurality of first fin portions and the imaginary line obtained by connecting the ends between the plurality of second fin portions with respect to the flow direction of the refrigerant in the refrigerant passage It becomes larger on the upstream side than the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant passage collides with the wall portion and flows into the first branch passage and the second branch passage. Therefore, the refrigerant flow rate in the first branch passage and the second branch passage tends to be larger on the downstream side than the upstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage.
  • the gradient of the imaginary line obtained by connecting the end portions between the plurality of first fin portions and the gradient of the imaginary line obtained by connecting the end portions between the plurality of second fin portions are expressed in the refrigerant passage.
  • the refrigerant flowing in the refrigerant passage is more likely to flow into the first refrigerant passage and the second refrigerant passage on the upstream side than the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage. Become. Thereby, it is possible to suppress the refrigerant flow rates in the first branch passage and the second branch passage from varying between the upstream side and the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage, and to cool the plurality of semiconductor elements more uniformly. it can.
  • the phantom line obtained by connecting the end portions extends in a direction parallel to the refrigerant flow direction in the refrigerant passage on the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage, and on the upstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage, It extends in an oblique direction with respect to the flow direction of the refrigerant in the refrigerant passage.
  • the imaginary line obtained by connecting the end portions is curved from the downstream side to the upstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage while increasing the gradient with respect to the refrigerant flow direction in the refrigerant passage.
  • the semiconductor element cooling structure configured as described above, it is more effective that the refrigerant flow rate in the first branch passage and the second branch passage varies between the upstream side and the downstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage. Can be suppressed.
  • the semiconductor element cooling structure further includes a case body having a wall portion and accommodating the first fin portion and the second fin portion, and a fan for supplying a refrigerant toward the case body.
  • the case body is formed with an opening that opens on the upstream side of the refrigerant flow in the refrigerant passage.
  • the fan is connected directly to the opening.
  • a plurality of semiconductor elements can be uniformly cooled without interposing a rectifying duct between the fan and the case body.
  • the fan is a centrifugal fan, and is connected to the opening so that the refrigerant flow rate decreases as it approaches the second fin part from the first fin part in the cross section connected to the opening.
  • the gradient of the imaginary line obtained by connecting the end portions between the plurality of second fin portions is larger than the gradient of the imaginary line obtained by connecting the end portions between the plurality of first fin portions.
  • the gradient of the imaginary line obtained by connecting the end portions between the plurality of second fin portions is connected to the end portions between the plurality of first fin portions.
  • the semiconductor element cooling structure further includes a protrusion provided on the wall and protruding toward the refrigerant passage between the first branch passage and the second branch passage.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant passage can flow more smoothly into the first branch passage and the second branch passage.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a third modification of the semiconductor element cooling structure in FIG. 2. It is sectional drawing which shows the 4th modification of the cooling structure of the semiconductor element in FIG.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration relating to motor generator control of a hybrid vehicle.
  • the semiconductor element cooling structure in the present invention is applied to a power control unit (PCU) mounted on a hybrid vehicle.
  • PCU power control unit
  • a hybrid vehicle is a motor that is supplied with power from an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and a rechargeable secondary battery (battery). And power source.
  • an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and a rechargeable secondary battery (battery). And power source.
  • the hybrid vehicle has a battery unit 140, a vehicle drive device 120, and an engine (not shown).
  • Vehicle drive device 120 includes motor generators MG1 and MG2, a power split mechanism 126 that distributes power between an engine (not shown) and motor generators MG1 and MG2, and a power control unit 121 that controls motor generators MG1 and MG2.
  • the motor generator MG1 mainly functions as a generator and generates electric power by the output of the engine.
  • Motor generator MG1 operates as a starter when the engine is started.
  • Motor generator MG2 mainly functions as a motor, assists engine output, and increases driving force.
  • Motor generator MG2 generates power during regenerative braking and charges battery B.
  • the battery unit 140 is provided with terminals 141 and 142.
  • the PCU 121 is provided with DC terminals 143 and 144.
  • a cable 106 and a cable 108 are electrically connected between the terminal 141 and the DC terminal 143 and between the terminal 142 and the DC terminal 144, respectively.
  • the battery unit 140 includes a battery B, a system main relay SMR2 connected between the positive electrode of the battery B and the terminal 141, a system main relay SMR3 connected between the negative electrode of the battery B and the terminal 142, a battery A system main relay SMR1 and a limiting resistor R are connected in series between the positive electrode of B and the terminal 141.
  • System main relays SMR1 to SMR3 are controlled to be in a conductive / non-conductive state in accordance with a control signal SE given from control device 130 described later.
  • the battery unit 140 includes a voltage sensor 110 that measures a voltage VB between terminals of the battery B, and a current sensor 111 that detects a current IB flowing through the battery B.
  • a secondary battery such as nickel hydride or lithium ion, a fuel cell, or the like can be used.
  • a large-capacity capacitor such as an electric double layer capacitor may be used.
  • Power control unit 121 includes inverters 122 and 114 provided corresponding to motor generators MG1 and MG2, respectively, boost converter 112 provided in common with inverters 122 and 114, and control device 130.
  • Boost converter 112 boosts the voltage between DC terminals 143 and 144.
  • Boost converter 112 has a reactor 132 having one end connected to terminal 143, a boosting IPM (Intelligent Power Module) 113, and a smoothing capacitor 133.
  • Boost IPM 113 includes IGBT elements Q1 and Q2 connected in series between output terminals of boost converter 112 that outputs boosted voltage VH, and diodes D1 and D2 connected in parallel to IGBT elements Q1 and Q2, respectively.
  • the other end of the reactor 132 is connected to the emitter of the IGBT element Q1 and the collector of the IGBT element Q2.
  • the cathode of diode D1 is connected to the collector of IGBT element Q1, and the anode of diode D1 is connected to the emitter of IGBT element Q1.
  • the cathode of diode D2 is connected to the collector of IGBT element Q2, and the anode of diode D2 is connected to the emitter of IGBT element Q2.
  • the inverter 114 converts the DC voltage output from the boost converter 112 into three-phase AC and outputs it to the motor generator MG2 that drives the wheels. Inverter 114 returns the electric power generated in motor generator MG2 to boost converter 112 in accordance with regenerative braking. At this time, boost converter 112 is controlled by control device 130 to operate as a step-down circuit.
  • the inverter 114 has a U-phase arm 115, a V-phase arm 116, and a W-phase arm 117 that constitute the traveling IPM 118.
  • U-phase arm 115, V-phase arm 116 and W-phase arm 117 are connected in parallel between the output lines of boost converter 112.
  • the U-phase arm 115 includes IGBT elements Q3 and Q4 connected in series and diodes D3 and D4 connected in parallel to the IGBT elements Q3 and Q4, respectively.
  • the cathode of diode D3 is connected to the collector of IGBT element Q3, and the anode of diode D3 is connected to the emitter of IGBT element Q3.
  • the cathode of diode D4 is connected to the collector of IGBT element Q4, and the anode of diode D4 is connected to the emitter of IGBT element Q4.
  • V-phase arm 116 has IGBT elements Q5 and Q6 connected in series, and diodes D5 and D6 connected in parallel with IGBT elements Q5 and Q6, respectively.
  • the cathode of diode D5 is connected to the collector of IGBT element Q5, and the anode of diode D5 is connected to the emitter of IGBT element Q5.
  • the cathode of diode D6 is connected to the collector of IGBT element Q6, and the anode of diode D6 is connected to the emitter of IGBT element Q6.
  • W-phase arm 117 includes IGBT elements Q7 and Q8 connected in series, and diodes D7 and D8 connected in parallel with IGBT elements Q7 and Q8, respectively.
  • the cathode of diode D7 is connected to the collector of IGBT element Q7, and the anode of diode D7 is connected to the emitter of IGBT element Q7.
  • the cathode of diode D8 is connected to the collector of IGBT element Q8, and the anode of diode D8 is connected to the emitter of IGBT element Q8.
  • each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of motor generator MG2. That is, motor generator MG2 is a three-phase permanent magnet synchronous motor, and one end of each of three coils of U, V, and W phases is connected to a neutral point.
  • the other end of the U-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q3 and Q4.
  • the other end of the V-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q5 and Q6.
  • the other end of the W-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q7 and Q8.
  • Current sensor 125 detects the current flowing through motor generator MG1 as motor current value MCRT1, and outputs motor current value MCRT1 to control device 130.
  • Current sensor 124 detects the current flowing through motor generator MG2 as motor current value MCRT2, and outputs motor current value MCRT2 to control device 130.
  • the inverter 122 is connected to the boost converter 112 in parallel with the inverter 114. Inverter 122 converts DC voltage output from boost converter 112 into three-phase AC and outputs the same to motor generator MG1. Inverter 122 receives the boosted voltage from boost converter 112 and drives motor generator MG1 to start the engine, for example.
  • inverter 122 returns the electric power generated by the motor generator MG1 to the boost converter 112 by the rotational torque transmitted from the crankshaft of the engine.
  • boost converter 112 is controlled by control device 130 so as to operate as a step-down circuit. Since the internal configuration of inverter 122 is the same as that of inverter 114, detailed description will not be repeated.
  • Control device 130 receives torque command values TR1, TR2, motor rotation speeds MRN1, MRN2, voltages VB, VL, VH, current IB values, motor current values MCRT1, MCRT2, and start signal IGON.
  • torque command value TR1, motor rotational speed MRN1 and motor current value MCRT1 are related to motor generator MG1
  • torque command value TR2 motor rotational speed MRN2 and motor current value MCRT2 are related to motor generator MG2.
  • the voltage VB is the voltage of the battery B
  • the current IB is a current flowing through the battery B
  • Voltage VL is a voltage before boost of boost converter 112
  • voltage VH is a voltage after boost of boost converter 112.
  • Control device 130 outputs control signal PWU for instructing boosting to boost converter 112, control signal PWD for instructing step-down, and signal CSDN for instructing prohibition of operation.
  • Control device 130 converts drive instruction PWMI2 for converting a DC voltage, which is the output of boost converter 112 to inverter 114, into an AC voltage for driving motor generator MG2, and an AC voltage generated by motor generator MG2 as a DC voltage. Is output to the step-up converter 112 side. Control device 130 converts drive voltage PWMI1 for converting a DC voltage to inverter 122 to an AC voltage for driving motor generator MG1, and converts the AC voltage generated by motor generator MG1 into a DC voltage to boost converter 112. The regeneration instruction PWMC1 to be returned to the side is output.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the cooling structure of the semiconductor element in the first embodiment of the present invention. Next, a semiconductor element cooling structure applied to the power control unit in FIG. 1 will be described.
  • the semiconductor element cooling structure in the present embodiment includes a cooler case 21 as a case body, a plurality of cooling fins 43, a plurality of cooling fins 53, and a centrifugal fan (sirocco fan). 28).
  • the cooler case 21 has a cylindrical shape extending in the direction indicated by the arrow 102.
  • the cooler case 21 is made of metal, and is made of aluminum in the present embodiment.
  • the cooler case 21 has a side wall 22, a side wall 24, and a bottom wall 25.
  • the cooler case 21 has a rectangular cross section when cut by a plane orthogonal to the direction extending in the cylindrical shape.
  • the side wall 22 forms one side of the rectangular cross section
  • the side wall 24 forms another side
  • the bottom wall 25 forms another side.
  • the side wall 22 and the side wall 24 face each other with a distance in the direction indicated by the arrow 101 orthogonal to the direction indicated by the arrow 102.
  • the bottom wall 25 extends in the direction indicated by the arrow 101 between the side wall 22 and the side wall 24.
  • the side wall 24 is formed with an opening 23 that communicates the inside and outside of the cooler case 21.
  • a side wall 22 is disposed at a position facing the opening 23.
  • a plurality of semiconductor elements 26 are joined to the outer surface of the bottom wall 25.
  • six power semiconductor modules constituting traveling IPM 118 (U-phase arm 115, V-phase arm 116 and W-phase arm 117) are provided as a plurality of semiconductor elements 26.
  • the centrifugal fan 28 is provided as a fan for supplying air into the cooler case 21.
  • the centrifugal fan 28 is a fan that sends out air in the radial direction from the rotation center side of the fan using centrifugal force.
  • the centrifugal fan 28 has a blowout port 29 through which air flows out from the fan.
  • the ejection port 29 is opened in a tangential direction of the rotation direction of the fan.
  • the centrifugal fan 28 is directly connected to the opening 23.
  • the centrifugal fan 28 is connected to the cooler case 21 so that the outlet 29 and the opening 23 are continuous.
  • the refrigerant supplied to the cooler case 21 is not limited to gas, and may be liquid such as LLC (Long Life Coolant) or oil.
  • the number of semiconductor elements 26 is not particularly limited, but the semiconductor element cooling structure in the present embodiment is more preferably used when four or more semiconductor elements 26 are collectively cooled.
  • the plurality of cooling fins 43 and the plurality of cooling fins 53 are accommodated in the cooler case 21.
  • the plurality of cooling fins 43 and the plurality of cooling fins 53 are arranged at positions spaced from each other in the direction indicated by the arrow 102.
  • a cooling air passage 31 is formed between the plurality of cooling fins 43 and the plurality of cooling fins 53. That is, a plurality of cooling fins 43 are disposed on one side with the cooling air passage 31 in between, and a plurality of cooling fins 53 are disposed on the other side with the cooling air passage 31 in between.
  • the cooling air passage 31 extends in one direction indicated by an arrow 101.
  • An opening 23 is disposed on the upstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31, and a side wall 22 is disposed on the downstream side. As the centrifugal fan 28 is driven, cooling air is supplied to the cooling air passage 31 through the opening 23. The cooling air supplied to the cooling air passage 31 flows in the direction indicated by the arrow 101.
  • the plurality of cooling fins 43 are arranged at intervals in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31.
  • the plurality of cooling fins 43 are arranged at equal intervals.
  • the plurality of cooling fins 43 are continuously arranged between the side wall 22 and the side wall 24.
  • the plurality of cooling fins 53 are arranged at intervals in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31.
  • the plurality of cooling fins 53 are arranged at equal intervals.
  • the plurality of cooling fins 53 are continuously arranged between the side wall 22 and the side wall 24.
  • the cooling fins 43 and the cooling fins 53 protrude from the bottom wall 25 and extend linearly in a direction perpendicular to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31.
  • the cooling fins 43 and the cooling fins 53 are arranged on the same line extending in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31.
  • the cooling fins 43 and the cooling fins 53 are made of metal, and in this embodiment, are made of aluminum.
  • the cooling fins 43 and the cooling fins 53 may be formed integrally with the cooler case 21, or the cooling fins 43 and the cooling fins 53 formed separately may be joined to the bottom wall 25.
  • a cooling air branch passage 41 is formed between the cooling fins 43 adjacent to each other, and a cooling air branch passage 51 is formed between the cooling fins 53 adjacent to each other.
  • the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 branch from the cooling air passage 31 in directions opposite to each other, and linearly extend in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31.
  • a plurality of cooling air branch passages 41 are arranged in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31, and a plurality of cooling air branch passages 51 are arranged in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31.
  • the three semiconductor elements 26 are arranged at a position overlapping the cooling air branch passage 41, and the three semiconductor elements 26 are arranged at a position overlapping the cooling air branch passage 51.
  • the three semiconductor elements 26 arranged at positions overlapping the cooling air branch passage 41 are arranged so as not to be arranged in series in the direction in which the cooling air branch passage 41 extends, that is, in the flow direction of the cooling air in the cooling air branch passage 41.
  • the three semiconductor elements 26 arranged at positions overlapping the cooling air branch passage 51 are arranged not to line up in series in the direction in which the cooling air branch passage 51 extends, that is, in the flow direction of the cooling air in the cooling air branch passage 51. ing.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a range indicated by a two-dot chain line III in FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a range indicated by a two-dot chain line IV in FIG.
  • the cooling fin 43 and the cooling fin 53 have an end portion 43p and an end portion 53p, respectively.
  • the end 43p is disposed at the tip of the cooling fin 43 extending toward the cooling air passage 31.
  • the end portion 53 p is disposed at the tip end where the cooling fin 53 extends toward the cooling air passage 31.
  • the end portion 43p and the end portion 53p face each other with the cooling air passage 31 therebetween.
  • a plurality of cooling fins 43 have end portions 43p of a certain cooling fin 43 adjacent to the cooling fins 43 and the cooling air passage 31 on the downstream side of the cooling air flow.
  • the cooling fins 43 are provided so as not to extend larger toward the cooling air passage 31 than the end portions 43 p of the cooling fins 43. In other words, when attention is paid to the two cooling fins 43 disposed adjacent to each other in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31, the cooling fins 43 disposed on the upstream side are disposed on the downstream side with the end 43p.
  • the end portions 43p of the cooling fins 43 that are arranged are aligned with each other in the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31, or the end portions 43p of the cooling fins 43 that are arranged on the downstream side are arranged on the upstream side.
  • the cooling fins 43 extend farther toward the cooling air passage 31 than the end portions 43 p of the cooling fins 43.
  • the cooling fins 43A, the cooling fins 43B, and the cooling fins 43C are arranged in the order given from the upstream side to the downstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31, and in FIG.
  • the cooling fins 43E and the cooling fins 43F are arranged in the order given from the upstream side to the downstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31.
  • the end 43p of the cooling fin 43A does not extend toward the cooling air passage 31 more than the end 43p of the cooling fin 43B
  • the end 43p of the cooling fin 43B is the end of the cooling fin 43C. It does not extend toward the cooling air passage 31 more than 43p.
  • the end 43p of the cooling fin 43D does not extend toward the cooling air passage 31 more than the end 43p of the cooling fin 43E, and the end 43p of the cooling fin 43E is the end of the cooling fin 43F. It does not extend toward the cooling air passage 31 more than 43p.
  • the end 53p of a certain cooling fin 53 is more than the end 53p of the cooling fin 53 adjacent to the cooling fin 53 and the cooling air flow downstream in the cooling air passage 31. It is provided so as not to extend greatly toward the cooling air passage 31.
  • a virtual line 61 is obtained by connecting the end portions 43p of the plurality of cooling fins 43, and a virtual line 71 is obtained by connecting the end portions 53p of the plurality of cooling fins 53.
  • the gradient of the imaginary line 61 with respect to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31 is downstream of the cooling air flow in the cooling air passage 31 (a diagram enlarged by FIG. 4). 2 on the upstream side (region 92 in FIG. 2 enlarged by FIG. 3).
  • the cooling fins 43D, the cooling fins 43E, and the cooling fins 43F are positioned at the end portions 43p of the cooling fins. They are provided so as to be aligned in the direction indicated by the arrow 102. That is, the virtual line 61 is represented by a straight line parallel to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31, and the gradient of the virtual line 61 with respect to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31 is zero.
  • the end 43p of the cooling fin 43B extends larger toward the cooling air passage 31 than the end 43p of the cooling fin 43A.
  • the end portion 43p of the cooling fin 43C extends larger toward the cooling air passage 31 than the end portion 43p of the cooling fin 43B.
  • the imaginary line 61 is represented by a straight line having a constant gradient with respect to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31.
  • the end portions 43 p of the plurality of cooling fins 43 are arranged stepwise.
  • the gradient of the imaginary line 71 with respect to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 31 is upstream of the downstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31 (region 91 in FIG. 2 enlarged by FIG. 4). It becomes larger in (region 92 in FIG. 2 enlarged by FIG. 3).
  • a plurality of cooling fins 43 and a plurality of cooling fins 53 are provided in a symmetrical shape with the cooling air passage 31 in between.
  • the semiconductor element cooling structure for comparison includes a plurality of cooling fins 83 for forming a cooling air passage 81, and cooling air supplied from the centrifugal fan 28. And a rectifying duct 85 for guiding to the passage 81.
  • a plurality of semiconductor elements 26 are arranged at positions overlapping the cooling air passage 81.
  • the centrifugal fan 28 is connected to the rectification duct 85 so that the flow direction of the cooling air flowing from the centrifugal fan 28 into the rectification duct 85 is orthogonal to the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 81.
  • the centrifugal fan 28 is connected to the rectifying duct so that the flow direction of the cooling air flowing into the rectifying duct 85 from the centrifugal fan 28 and the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 81 are opposite to each other. 85.
  • the centrifugal fan 28 is connected to the rectifying duct 85 so that the flow direction of the cooling air flowing from the centrifugal fan 28 into the rectifying duct 85 is the same as the flow direction of the cooling air in the cooling air passage 81. It is connected to the.
  • an inverter provided corresponding to one motor generator is composed of six semiconductor elements 26.
  • the plurality of semiconductor elements 26 are collectively cooled, there is a demand for uniformly cooling the plurality of semiconductor elements 26.
  • the rectifying duct that rectifies the cooling air supplied from the centrifugal fan 28. 85 is provided.
  • such a configuration leads to an increase in the size of the semiconductor element cooling structure.
  • the semiconductor element cooling structure in the present embodiment shown in FIGS. 2 to 4 by providing a plurality of cooling fins 43 and a plurality of cooling fins 53 on both sides of the cooling air passage 31, The cooling air supplied from the centrifugal fan 28 to the cooling air passage 31 is circulated in a T shape. Then, by arranging the plurality of semiconductor elements 26 in parallel on the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 on the downstream side, the cooling air is evenly distributed to the plurality of semiconductor elements 26 without using a rectifying duct. The structure to distribute to is realized.
  • the cooling air flowing through the cooling air passage 31 collides with the side wall 22 and flows into the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51.
  • the flow rate of the cooling air flowing through the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 may be lower than the downstream side of the cooling air flow in the passage 31.
  • the imaginary line 61 and the imaginary line 71 are in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31 on the upstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31.
  • the cooling air flowing through the cooling air passage 31 collides with the cooling fins 43 to generate a dispersed flow in a direction parallel to the cooling fins 43. Since this dispersed flow flows into the cooling air branch passage 41 formed between the adjacent cooling fins 43, the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 41 increases. For the same reason, the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 51 increases.
  • the gradient of the imaginary line 61 and the imaginary line 71 with respect to the cooling air flow direction in the cooling air passage 31 is zero.
  • the effect of the dispersed flow by the fins 53 cannot be obtained.
  • the variation in the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 that has occurred between the upstream side and the downstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31 is eliminated.
  • the element 26 can be cooled by the cooling air with a uniform flow rate.
  • the semiconductor element cooling structure according to the first embodiment of the present invention described above will be described together.
  • the semiconductor element cooling structure according to the present embodiment includes a cooling air as a coolant passage through which cooling air as a refrigerant flows.
  • the cooling structure is configured to cool the plurality of semiconductor elements 26 with the cooling air that is formed and flows through the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51.
  • the cooling structure of the semiconductor element is arranged with a side wall 22 as a wall portion provided downstream of the cooling air flow in the cooling air passage 31 and spaced from each other in the cooling air flow direction in the cooling air passage 31, and adjacent to each other.
  • Cooling fins 43 as a plurality of first fin portions that form the cooling air branch passages 41 at the matching positions and the cooling air flow directions in the cooling air passages 31 are spaced apart from each other and are cooled to positions adjacent to each other.
  • a plurality of cooling fins 53 as second fin portions forming the air branch passage 51.
  • Each of the cooling fins 43 and the cooling fins 53 has an end portion 43p and an end portion 53p at the tips extending toward the cooling air passage 31.
  • the cooling fin passages 31 have the end portions 43p of the cooling fins 43 that are adjacent to the cooling fins 43 and the end portions 43p of the cooling fins 43 adjacent to the downstream side of the cooling air flow. It is provided not to extend greatly toward In the cooling fins 53, the end portions 53p of the cooling fins 53 are closer to the cooling air passage 31 than the end portions 53p of the cooling fins 53 adjacent to the cooling fin 53 and the cooling air flow downstream of the cooling air passage 31. It is provided not to extend greatly toward Flow of cooling air in the cooling air passage 31 of an imaginary line 61 obtained by connecting the end portions 43p between the plurality of cooling fins 43 and an imaginary line 71 obtained by connecting the end portions 53p between the plurality of cooling fins 53.
  • the gradient with respect to the direction is larger on the upstream side than the downstream side of the cooling air flow in the cooling air passage 31.
  • the virtual line 61 obtained by connecting the end portions 43p between the plurality of cooling fins 43 and the plurality of cooling fins 53.
  • the present invention is applied to a power control unit mounted on a fuel cell hybrid vehicle (FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle) or an electric vehicle (EV: Electric Vehicle) using a fuel cell and a secondary battery as power sources. You can also.
  • FCHV Fuel Cell Hybrid Vehicle
  • EV Electric Vehicle
  • the internal combustion engine is driven at the fuel efficiency optimum operating point
  • the fuel cell is driven at the power generation efficiency optimum operating point.
  • the use of the secondary battery is basically the same for both hybrid vehicles.
  • the present invention is not limited to the power control unit, but is applied to various devices that require cooling of the semiconductor element.
  • Embodiment 2 In this embodiment, various modifications of the semiconductor element cooling structure in Embodiment 1 will be described. Hereinafter, the description of the overlapping structure is not repeated as compared with the semiconductor element cooling structure in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a first modification of the cooling structure of the semiconductor element in FIG.
  • virtual line 61 and virtual line 71 are directed from the downstream side to the upstream side of the cooling air flow in cooling air passage 31 with respect to the flow direction of the cooling air in cooling air passage 31. Curve with increasing gradient.
  • the imaginary line 61 and the imaginary line 71 are continuously curved between the side wall 22 and the side wall 24.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second modification of the cooling structure of the semiconductor element in FIG.
  • virtual line 61 and virtual line 71 are provided in the cooling air passage on both the downstream side (region 91) and the upstream side (region 92) of the cooling air flow in cooling air passage 31.
  • 31 is represented by a straight line having a constant gradient with respect to the flow direction of the cooling air.
  • the gradients of the imaginary line 61 and the imaginary line 71 on the upstream side (region 92) of the cooling air flow in the cooling air passage 31 are the virtual line 61 and the imaginary line 71 on the downstream side (region 91) of the cooling air flow in the cooling air passage 31. Greater than the gradient.
  • the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch are increased.
  • the phenomenon that the cooling air flow rate in the passage 51 increases becomes remarkable. Therefore, in order to suppress variation in the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51, the lengths of the plurality of cooling fins 43 and the plurality of cooling fins 53 are adjusted, and the virtual line 61 and The slope of the virtual line 71 is tuned.
  • the virtual line 61 and the virtual line 71 may be appropriately combined with straight lines and curves having different inclinations.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a third modification of the cooling structure of the semiconductor element in FIG.
  • virtual line 61 and virtual line 71 are directed from the downstream side to the upstream side of the cooling air flow in cooling air passage 31 with respect to the flow direction of the cooling air in cooling air passage 31. Curve with increasing gradient.
  • the gradient of the imaginary line 71 obtained by connecting the end portions 53 p of the plurality of cooling fins 53 is equal to that of the plurality of cooling fins 43. It becomes larger than the gradient of the imaginary line 61 obtained by connecting the end portions 43p.
  • the centrifugal fan 28 When the centrifugal fan 28 is used to supply the cooling air to the cooling air passage 31, the flow rate of the cooling air sent from the outer peripheral side when viewed from the center of rotation of the centrifugal fan 28 is increased, and the flow rate of the cooling air sent from the inner peripheral side.
  • the phenomenon that becomes smaller occurs. Due to such a phenomenon, in the connection form of the centrifugal fan 28 shown in FIG. 10, the cooling air becomes closer to the cooling fin 53 side from the cooling fin 43 side in the cross section where the centrifugal fan 28 is connected to the opening 23.
  • the flow rate distribution becomes smaller (flow rate distribution indicated by the arrow 103).
  • the gradient of the virtual line 71 obtained by connecting the end portions 53p of the plurality of cooling fins 53 is the virtual obtained by connecting the end portions 43p of the plurality of cooling fins 43. Since the gradient of the line 61 is larger, the phenomenon in which the cooling air flow rate in the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 increases on the cooling fin 53 side becomes more remarkable. As a result, it is possible to suppress variation in the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 41 and the flow rate of the cooling air in the cooling air branch passage 51 regardless of the characteristics of the centrifugal fan 28.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth modification of the cooling structure of the semiconductor element in FIG. In the figure, the same range as the range shown in FIG. 4 is shown.
  • a protruding portion 96 is provided on the side wall 22.
  • the protruding portion 96 is provided so as to protrude from the inner surface of the side wall 22 toward the cooling air passage 31.
  • the protrusion 96 is disposed between the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51.
  • the protrusion 96 has a symmetrical shape on the cooling air branch passage 41 side and the cooling air branch passage 51 side.
  • the projecting portion 96 has a triangular shape having a vertex at the tip projecting toward the cooling air passage 31 in a plan view shown in FIG.
  • the cooling air flowing through the cooling air passage 31 is smoothly diverted to the cooling air branch passage 41 and the cooling air branch passage 51 by the protrusions 96, so that the pressure loss of the cooling air flow is reduced. be able to.
  • the size of the centrifugal fan 28 can be reduced, and the cooling structure of the semiconductor element can be reduced.
  • the present invention is mainly applied to a cooling structure of various devices on which semiconductor elements are mounted.

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Abstract

 半導体素子の冷却構造は、冷却風通路(31)における冷却風流れの下流側に設けられる側壁(22)と、冷却風分岐通路(41)を形成する複数枚の冷却フィン(43)と、冷却風分岐通路(51)を形成する複数枚の冷却フィン(53)とを備える。冷却フィン(43,53)は、冷却風通路(31)に向けて延びる先端に端部(43p,53p)を有する。複数枚の冷却フィン(43)間で端部(43p)を結んで得られる仮想線(61)および複数枚の冷却フィン(53)間で端部(53p)を結んで得られる仮想線(71)の、冷却風通路(31)における冷却風の流れ方向に対する勾配は、冷却風通路(31)における冷却風流れの下流側よりも上流側で大きくなる。

Description

半導体素子の冷却構造
 この発明は、一般的には、半導体素子の冷却構造に関し、より特定的には、車両に搭載されるパワー制御ユニット(PCU:Power Control Unit)に適用される半導体素子の冷却構造に関する。
 従来の半導体素子の冷却構造に関して、たとえば、特開2006-295178号公報には、電子素子と接触する面の温度が一定であるように吸熱流体の流量を均一に維持することを目的とした電子素子用ヒートシンク装置が開示されている(特許文献1)。
 特許文献1に開示されたヒートシンク用装置は、複数の流路壁によって所定間隔で区画された複数の流路と、流入口を通じて流入した吸熱流体を複数の流路のそれぞれに案内する流入案内部とを有する。流入案内部には、その流路断面積が流入口から遠ざかるほど小さくなるように、線形的に傾いた流入案内板が設けられている。また、別のヒートシンク用装置では、流入案内部の流路断面積が流入口から遠ざかるほど小さくなるように、複数の流路壁の一端が、流入口から遠ざかるほど流入案内部側に長く延びるように形成されている。
 また、特開2003-33002号公報には、他のヒートシンクの熱干渉を防ぐことができ、さらに冷却気体に対面する部分の面積を増加させることなく、半導体素子の数を増加させることを目的とした電力変換装置が開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示された電力変換装置では、複数個の放熱フィンが受熱板に取り付けられてヒートシンクを構成している。ヒートシンクの入り口側の放熱フィンが、冷却気体の入り口から遠い程大きく突出して階段状に形成されている。
特開2006-295178号公報 特開2003-33002号公報
 上述の特許文献に開示されるように、インバータ回路などに使用される半導体素子(パワー半導体素子)の作動には、非常に大きい発熱を伴うため、各種の冷却構造が採用されている。
 これらの冷却構造を用いて複数の半導体素子を一括に冷却する場合、各半導体素子に供給される冷媒の流量に差が生じると、複数の半導体素子が均一に冷却されないという懸念がある。半導体素子の温度にばらつきが生じると、冷媒を供給するためのファンの性能や、半導体素子の負荷率を制限する開始温度を、冷却効率の低い半導体素子を基準にして設定する必要があるため、冷却構造の大型化や半導体素子により発揮される性能の低下などを招いてしまう。
 そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、複数の半導体素子を均一に冷却する半導体素子の冷却構造を提供することである。
 この発明に従った半導体素子の冷却構造は、冷媒が流通する冷媒通路と、冷媒通路から分岐し、冷媒通路を挟んだ両側にそれぞれ配置される第1分岐通路および第2分岐通路とが形成され、第1分岐通路および第2分岐通路を流通する冷媒によって複数の半導体素子を冷却する冷却構造である。半導体素子の冷却構造は、冷媒通路における冷媒流れの下流側に設けられる壁部と、冷媒通路における冷媒の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に第1分岐通路を形成する複数枚の第1フィン部と、冷媒通路における冷媒の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に第2分岐通路を形成する複数枚の第2フィン部とを備える。第1フィン部および第2フィン部は、冷媒通路に向けて延びる先端に端部を有する。
 複数枚の第1フィン部は、第1フィン部の端部が、その第1フィン部と冷媒通路における冷媒流れの下流側に隣り合う第1フィン部の端部よりも、冷媒通路に向けて大きく延出しないように設けられる。複数枚の第2フィン部は、第2フィン部の端部が、その第2フィン部と冷媒通路における冷媒流れの下流側に隣り合う第2フィン部の端部よりも、冷媒通路に向けて大きく延出しないように設けられる。複数枚の第1フィン部間で端部を結んで得られる仮想線および複数枚の第2フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の、冷媒通路における冷媒の流れ方向に対する勾配は、冷媒通路における冷媒流れの下流側よりも上流側で大きくなる。
 このように構成された半導体素子の冷却構造によれば、冷媒通路における冷媒流れの下流側では、冷媒通路を流通する冷媒が壁部に衝突して第1分岐通路および第2分岐通路に流入するため、第1分岐通路および第2分岐通路における冷媒流量が、冷媒通路における冷媒流れの上流側よりも下流側で大きくなる傾向が生じる。これに対して、複数枚の第1フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配および複数枚の第2フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配を、冷媒通路における冷媒流れの下流側よりも上流側で大きくすることにより、冷媒通路における冷媒流れの下流側よりも上流側で、冷媒通路を流通する冷媒が第1冷媒通路および第2冷媒通路に流入し易くなる。これにより、冷媒通路における冷媒流れの上流側と下流側との間で、第1分岐通路および第2分岐通路における冷媒流量がばらつくことを抑制し、複数の半導体素子をより均一に冷却することができる。
 また好ましくは、端部を結んで得られる仮想線は、冷媒通路における冷媒流れの下流側で、冷媒通路における冷媒の流れ方向に対して平行方向に延び、冷媒通路における冷媒流れの上流側で、冷媒通路における冷媒の流れ方向に対して斜め方向に延びる。また好ましくは、端部を結んで得られる仮想線は、冷媒通路における冷媒流れの下流側から上流側に向けて、冷媒通路における冷媒の流れ方向に対する勾配を大きくしながら湾曲する。
 このように構成された半導体素子の冷却構造によれば、冷媒通路における冷媒流れの上流側と下流側との間で、第1分岐通路および第2分岐通路における冷媒流量がばらつくことをより効果的に抑制することができる。
 また好ましくは、半導体素子の冷却構造は、壁部を有し、第1フィン部および第2フィン部を収容するケース体と、ケース体に向けて冷媒を供給するファンとをさらに備える。ケース体には、冷媒通路における冷媒流れの上流側で開口する開口部が形成される。ファンは、開口部に直接、接続される。
 このように構成された半導体素子の冷却構造によれば、ファンとケース体との間に整流用のダクトを介在させることなく、複数の半導体素子を均一に冷却することができる。
 また好ましくは、ファンは、遠心ファンであり、開口部に接続される断面において第1フィン部側から第2フィン部側に近づくほど冷媒流量が小さくなるように、開口部に接続される。複数枚の第2フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配は、複数枚の第1フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配よりも大きい。
 このように構成された半導体素子の冷却構造によれば、複数枚の第2フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配を、複数枚の第1フィン部間で端部を結んで得られる仮想線の勾配よりも大きくすることにより、冷媒通路を流通する冷媒が第1冷媒通路よりも第2冷媒通路に流入し易くなる。これにより、冷媒通路に供給される冷媒流量に偏りが生じる遠心ファンの特性にもかかわらず、第1分岐通路および第2分岐通路における冷媒流量が互いにばらつくことを抑制することができる。
 また好ましくは、半導体素子の冷却構造は、壁部に設けられ、第1分岐通路と第2分岐通路との間で冷媒通路に向けて突出する突出部をさらに備える。
 このように構成された半導体素子の冷却構造によれば、冷媒通路を流通する冷媒をより円滑に第1分岐通路および第2分岐通路に流入させることができる。
 以上に説明したように、この発明に従えば、複数の半導体素子を均一に冷却する半導体素子の冷却構造を提供することができる。
ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態1における半導体素子の冷却構造を示す断面図である。 図2中の2点鎖線IIIに示す範囲を拡大して示した断面図である。 図2中の2点鎖線IVに示す範囲を拡大して示した断面図である。 比較のための半導体素子の冷却構造を模式的に表わす図である。 比較のための半導体素子の冷却構造を模式的に表わす別の図である。 比較のための半導体素子の冷却構造を模式的に表わすさらに別の図である。 図2中の半導体素子の冷却構造の第1変形例を示す断面図である。 図2中の半導体素子の冷却構造の第2変形例を示す断面図である。 図2中の半導体素子の冷却構造の第3変形例を示す断面図である。 図2中の半導体素子の冷却構造の第4変形例を示す断面図である。
 この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
 (実施の形態1)
 図1は、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。本実施の形態では、本発明における半導体素子の冷却構造が、ハイブリッド自動車に搭載されるパワー制御ユニット(PCU:Power Control Unit)に適用される。
 図1を参照して、まず、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関して説明すると、ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な2次電池(バッテリ)から電力供給されるモータとを動力源とする。
 ハイブリッド自動車は、バッテリユニット140と、車両用駆動装置120と、図示しないエンジンとを有する。車両用駆動装置120は、モータジェネレータMG1,MG2と、図示しないエンジンおよびモータジェネレータMG1,MG2の間で動力を分配する動力分割機構126と、モータジェネレータMG1,MG2の制御を行なうパワー制御ユニット121とを有する。
 モータジェネレータMG1は、主にジェネレータとして機能し、エンジンの出力により発電を行なう。また、モータジェネレータMG1は、エンジン始動時にはスタータとして作動する。モータジェネレータMG2は、主にモータとして機能し、エンジンの出力を補助し、駆動力を高める。また、モータジェネレータMG2は、回生制動時には発電を行ない、バッテリBを充電する。
 バッテリユニット140には端子141,142が設けられている。PCU121にはDC端子143,144が設けられている。端子141とDC端子143との間および端子142とDC端子144との間は、それぞれ、ケーブル106およびケーブル108によって電気的に接続されている。
 バッテリユニット140は、バッテリBと、バッテリBの正極と端子141との間に接続されるシステムメインリレーSMR2と、バッテリBの負極と端子142との間に接続されるシステムメインリレーSMR3と、バッテリBの正極と端子141との間に直列に接続される、システムメインリレーSMR1および制限抵抗Rとを有する。システムメインリレーSMR1~SMR3は、後述の制御装置130から与えられる制御信号SEに応じて導通/非導通状態が制御される。
 バッテリユニット140は、バッテリBの端子間の電圧VBを測定する電圧センサ110と、バッテリBに流れる電流IBを検知する電流センサ111とを有する。バッテリBとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の2次電池や、燃料電池などを用いることができる。バッテリBに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。
 パワー制御ユニット121は、モータジェネレータMG1,MG2にそれぞれ対応して設けられるインバータ122,114と、インバータ122,114に共通して設けられる昇圧コンバータ112と、制御装置130とを有する。
 昇圧コンバータ112は、DC端子143,144間の電圧を昇圧する。昇圧コンバータ112は、一方端が端子143に接続されるリアクトル132と、昇圧用IPM(Intelligent Power Module)113と、平滑用コンデンサ133とを有する。昇圧用IPM113は、昇圧後の電圧VHを出力する昇圧コンバータ112の出力端子間に直列に接続されるIGBT素子Q1,Q2と、IGBT素子Q1,Q2にそれぞれ並列に接続されるダイオードD1,D2とを有する。平滑用コンデンサ133は、昇圧コンバータ112によって昇圧された電圧を平滑化する。
 リアクトル132の他方端は、IGBT素子Q1のエミッタおよびIGBT素子Q2のコレクタに接続されている。ダイオードD1のカソードは、IGBT素子Q1のコレクタと接続され、ダイオードD1のアノードは、IGBT素子Q1のエミッタと接続されている。ダイオードD2のカソードは、IGBT素子Q2のコレクタと接続され、ダイオードD2のアノードは、IGBT素子Q2のエミッタと接続されている。
 インバータ114は、車輪を駆動するモータジェネレータMG2に対して昇圧コンバータ112の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ114は、回生制動に伴い、モータジェネレータMG2において発電された電力を昇圧コンバータ112に戻す。このとき、昇圧コンバータ112は、降圧回路として動作するように制御装置130によって制御される。
 インバータ114は、走行用IPM118を構成するU相アーム115、V相アーム116およびW相アーム117を有する。U相アーム115,V相アーム116およびW相アーム117は、昇圧コンバータ112の出力ライン間に並列に接続されている。
 U相アーム115は、直列接続されたIGBT素子Q3,Q4と、IGBT素子Q3,Q4とそれぞれ並列に接続されるダイオードD3,D4とを有する。ダイオードD3のカソードは、IGBT素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードは、IGBT素子Q3のエミッタと接続されている。ダイオードD4のカソードは、IGBT素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードは、IGBT素子Q4のエミッタと接続されている。
 V相アーム116は、直列接続されたIGBT素子Q5,Q6と、IGBT素子Q5,Q6とそれぞれ並列に接続されるダイオードD5,D6とを有する。ダイオードD5のカソードは、IGBT素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードは、IGBT素子Q5のエミッタと接続されている。ダイオードD6のカソードは、IGBT素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードは、IGBT素子Q6のエミッタと接続されている。
 W相アーム117は、直列接続されたIGBT素子Q7,Q8と、IGBT素子Q7,Q8とそれぞれ並列に接続されるダイオードD7,D8とを有する。ダイオードD7のカソードは、IGBT素子Q7のコレクタと接続され、ダイオードD7のアノードは、IGBT素子Q7のエミッタと接続されている。ダイオードD8のカソードは、IGBT素子Q8のコレクタと接続され、ダイオードD8のアノードは、IGBT素子Q8のエミッタと接続されている。
 各相アームの中間点は、モータジェネレータMG2の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータMG2は、三相の永久磁石同期モータであり、U,V,W相の3つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。U相コイルの他方端は、IGBT素子Q3,Q4の接続ノードに接続されている。V相コイルの他方端は、IGBT素子Q5,Q6の接続ノードに接続されている。W相コイルの他方端は、IGBT素子Q7,Q8の接続ノードに接続されている。
 電流センサ125は、モータジェネレータMG1に流れる電流をモータ電流値MCRT1として検出し、モータ電流値MCRT1を制御装置130に出力する。電流センサ124は、モータジェネレータMG2に流れる電流をモータ電流値MCRT2として検出し、モータ電流値MCRT2を制御装置130に出力する。
 インバータ122は、昇圧コンバータ112に対してインバータ114と並列的に接続される。インバータ122は、モータジェネレータMG1に対して昇圧コンバータ112の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ122は、昇圧コンバータ112から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータMG1を駆動する。
 また、インバータ122は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータMG1で発電された電力を昇圧コンバータ112に戻す。このとき、昇圧コンバータ112は降圧回路として動作するように制御装置130によって制御される。なお、インバータ122の内部の構成はインバータ114と同様であるため、詳細な説明は繰返さない。
 制御装置130は、トルク指令値TR1,TR2、モータ回転数MRN1,MRN2、電圧VB,VL,VH、電流IBの各値、モータ電流値MCRT1,MCRT2および起動信号IGONを受ける。
 ここで、トルク指令値TR1,モータ回転数MRN1およびモータ電流値MCRT1は、モータジェネレータMG1に関するものであり、トルク指令値TR2,モータ回転数MRN2およびモータ電流値MCRT2は、モータジェネレータMG2に関するものである。電圧VBは、バッテリBの電圧であり、電流IBは、バッテリBに流れる電流である。電圧VLは、昇圧コンバータ112の昇圧前電圧であり、電圧VHは、昇圧コンバータ112の昇圧後電圧である。
 制御装置130は、昇圧コンバータ112に対して昇圧指示を行なう制御信号PWU,降圧指示を行なう制御信号PWDおよび動作禁止を指示する信号CSDNを出力する。
 制御装置130は、インバータ114に対して昇圧コンバータ112の出力である直流電圧をモータジェネレータMG2を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示PWMI2と、モータジェネレータMG2で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ112側に戻す回生指示PWMC2とを出力する。制御装置130は、インバータ122に対して直流電圧をモータジェネレータMG1を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示PWMI1と、モータジェネレータMG1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ112側に戻す回生指示PWMC1とを出力する。
 図2は、この発明の実施の形態1における半導体素子の冷却構造を示す断面図である。続いて、図1中のパワー制御ユニットに適用される半導体素子の冷却構造について説明する。
 図2を参照して、本実施の形態における半導体素子の冷却構造は、ケース体としての冷却器ケース21と、複数枚の冷却フィン43と、複数枚の冷却フィン53と、遠心ファン(シロッコファン)28とを有する。
 冷却器ケース21は、矢印102に示す方向に延びる筒形状を有する。冷却器ケース21は、金属から形成されており、本実施の形態では、アルミニウムから形成されている。冷却器ケース21は、側壁22、側壁24および底壁25を有する。
 冷却器ケース21は、筒形状に延びる方向に直交する平面により切断された場合に矩形形状の断面を有する。側壁22は、その矩形断面のうちの一辺をなし、側壁24は、別の一辺をなし、底壁25は、さらに別の一辺をなす。側壁22と側壁24とは、矢印102に示す方向に直交する矢印101に示す方向において、互いに距離を隔てて対向している。底壁25は、側壁22と側壁24との間で矢印101に示す方向に延在している。側壁24には、冷却器ケース21の内外を連通させる開口部23が形成されている。開口部23に向かい合う位置には、側壁22が配置されている。
 底壁25の外表面には、複数の半導体素子26が接合されている。本実施の形態では、複数の半導体素子26として、走行用IPM118(U相アーム115、V相アーム116およびW相アーム117)を構成する6つのパワー半導体モジュールが設けられている。
 遠心ファン28は、冷却器ケース21内部に空気を供給するためのファンとして設けられている。遠心ファン28は、遠心力を利用して、ファンの回転中心側からその半径方向に空気を送り出すファンである。遠心ファン28は、ファンから空気を流出させる噴き出し口29を有する。噴き出し口29は、ファンの回転方向の接線方向に開口している。遠心ファン28は、開口部23に直接、接続されている。遠心ファン28は、噴き出し口29と開口部23とが連続するように、冷却器ケース21に接続されている。
 なお、冷却器ケース21に供給される冷媒は、気体に限られず、LLC(ロング・ライフ・クーラント)やオイルなどいった液体であってもよい。また、半導体素子26の数は特に限定されないが、本実施の形態における半導体素子の冷却構造は、4つ以上の半導体素子26を一括に冷却する場合により好適に用いられる。
 複数枚の冷却フィン43および複数枚の冷却フィン53は、冷却器ケース21に収容されている。複数枚の冷却フィン43と複数枚の冷却フィン53とは、矢印102に示す方向において互いに距離を隔てた位置に配置されている。
 複数枚の冷却フィン43と複数枚の冷却フィン53との間には、冷却風通路31が形成されている。すなわち、冷却風通路31を挟んで一方の側に複数枚の冷却フィン43が配置され、冷却風通路31を挟んで他方の側に複数枚の冷却フィン53が配置されている。冷却風通路31は、矢印101に示す一方向に延びている。冷却風通路31における冷却風流れの上流側には開口部23が配置され、下流側には側壁22が配置されている。遠心ファン28の駆動に伴い、開口部23を通じて冷却風通路31に冷却風が供給される。冷却風通路31に供給された冷却風は、矢印101に示す方向に流通する。
 複数枚の冷却フィン43は、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置されている。複数枚の冷却フィン43は、等間隔に配置されている。複数枚の冷却フィン43は、側壁22と側壁24との間に連続的に配列されている。複数枚の冷却フィン53は、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置されている。複数枚の冷却フィン53は、等間隔に配置されている。複数枚の冷却フィン53は、側壁22と側壁24との間に連続的に配列されている。
 冷却フィン43および冷却フィン53は、底壁25から突出し、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に直交する方向に直線状に延びている。冷却フィン43および冷却フィン53は、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に直交する方向に延びる同一線上に配置されている。
 冷却フィン43および冷却フィン53は、金属から形成されており、本実施の形態では、アルミニウムから形成されている。冷却フィン43および冷却フィン53は、冷却器ケース21に一体に成形されてもよいし、別体に形成された冷却フィン43および冷却フィン53が、底壁25に接合されてもよい。
 互いに隣り合う冷却フィン43間には、冷却風分岐通路41が形成され、互いに隣り合う冷却フィン53間には、冷却風分岐通路51が形成されている。冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51は、冷却風通路31から互いに反対方向に分岐し、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に直交する方向に直線状に延びている。複数の冷却風分岐通路41が、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に並び、複数の冷却風分岐通路51が、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に並んでいる。
 本実施の形態では、図2中に示す平面視において、3つの半導体素子26が冷却風分岐通路41と重なる位置に配置され、3つの半導体素子26が冷却風分岐通路51と重なる位置に配置されている。冷却風分岐通路41と重なる位置に配置された3つの半導体素子26は、冷却風分岐通路41が延びる方向、すなわち、冷却風分岐通路41における冷却風の流れ方向において直列に並ばないように配置されている。冷却風分岐通路51と重なる位置に配置された3つの半導体素子26は、冷却風分岐通路51が延びる方向、すなわち、冷却風分岐通路51における冷却風の流れ方向において直列に並ばないように配置されている。
 図3は、図2中の2点鎖線IIIに示す範囲を拡大して示した断面図である。図4は、図2中の2点鎖線IVに示す範囲を拡大して示した断面図である。
 図2から図4を参照して、冷却フィン43および冷却フィン53は、それぞれ、端部43pおよび端部53pを有する。端部43pは、冷却フィン43が冷却風通路31に向けて延びる先端に配置されている。端部53pは、冷却フィン53が冷却風通路31に向けて延びる先端に配置されている。端部43pと端部53pとは、冷却風通路31を隔てて互いに対峙している。
 本実施の形態における半導体素子の冷却構造においては、複数枚の冷却フィン43が、ある冷却フィン43の端部43pが、その冷却フィン43と冷却風通路31における冷却風流れの下流側に隣り合う冷却フィン43の端部43pよりも、冷却風通路31に向けて大きく延出しないように設けられている。言い換えれば、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に互いに隣り合って配置された2つの冷却フィン43に注目した場合に、上流側に配置された冷却フィン43の端部43pと下流側に配置された冷却フィン43の端部43pとが、冷却風通路31における冷却風の流れ方向において互いに揃って配置されるか、下流側に配置された冷却フィン43の端部43pが、上流側に配置された冷却フィン43の端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出する。
 たとえば、図3中では、冷却フィン43A、冷却フィン43Bおよび冷却フィン43Cが、挙げた順に、冷却風通路31における冷却風流れの上流側から下流側に並び、図4中では、冷却フィン43D、冷却フィン43Eおよび冷却フィン43Fが、挙げた順に、冷却風通路31における冷却風流れの上流側から下流側に並んでいる。図3中では、冷却フィン43Aの端部43pは、冷却フィン43Bの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出せず、冷却フィン43Bの端部43pは、冷却フィン43Cの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出しない。図4中では、冷却フィン43Dの端部43pは、冷却フィン43Eの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出せず、冷却フィン43Eの端部43pは、冷却フィン43Fの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出しない。
 同様に、複数枚の冷却フィン53は、ある冷却フィン53の端部53pが、その冷却フィン53と冷却風通路31における冷却風流れの下流側に隣り合う冷却フィン53の端部53pよりも、冷却風通路31に向けて大きく延出しないように設けられている。
 複数枚の冷却フィン43の端部43pを結んで仮想線61が得られ、複数枚の冷却フィン53の端部53pを結んで仮想線71が得られる。本実施の形態における半導体素子の冷却構造においては、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する仮想線61の勾配が、冷却風通路31における冷却風流れの下流側(図4により拡大される図2中の領域91)よりも上流側(図3により拡大される図2中の領域92)で大きくなる。
 より具体的には、図4中に示すように、冷却風通路31における冷却風流れの下流側では、冷却フィン43D、冷却フィン43Eおよび冷却フィン43Fが、各冷却フィンの端部43pの位置が矢印102に示す方向において揃うように設けられている。すなわち、仮想線61は、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に平行な直線により表わされ、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する仮想線61の勾配は、ゼロである。
 一方、図3中に示すように、冷却風通路31における冷却風流れの上流側では、冷却フィン43Bの端部43pが冷却フィン43Aの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出し、冷却フィン43Cの端部43pが冷却フィン43Bの端部43pよりも冷却風通路31に向けて大きく延出する。仮想線61は、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対して一定の勾配を有する直線により表わされる。冷却風通路31における冷却風流れの上流側では、複数枚の冷却フィン43の端部43pが階段状に配置されている。
 同様に、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する仮想線71の勾配が、冷却風通路31における冷却風流れの下流側(図4により拡大される図2中の領域91)よりも上流側(図3により拡大される図2中の領域92)で大きくなる。
 本実施の形態では、複数枚の冷却フィン43と複数枚の冷却フィン53とが、冷却風通路31を挟んで対称の形状に設けられている。
 続いて、本実施の形態における半導体素子の冷却構造によって奏される作用効果について説明する。
 図5から図7は、比較のための半導体素子の冷却構造を模式的に表わす図である。図5から図7を参照して、比較のための半導体素子の冷却構造は、冷却風通路81を形成するための複数枚の冷却フィン83と、遠心ファン28から供給された冷却風を冷却風通路81に導くための整流用ダクト85とを有する。冷却風通路81と重なる位置には、複数の半導体素子26が配置されている。
 図5中では、遠心ファン28から整流用ダクト85に流入する冷却風の流れ方向と、冷却風通路81における冷却風の流れ方向とが直交するように、遠心ファン28が整流用ダクト85に接続されている。図6中では、遠心ファン28から整流用ダクト85に流入する冷却風の流れ方向と、冷却風通路81における冷却風の流れ方向とが互いに反対方向となるように、遠心ファン28が整流用ダクト85に接続されている。図7中では、遠心ファン28から整流用ダクト85に流入する冷却風の流れ方向と、冷却風通路81における冷却風の流れ方向とが同じ方向となるように、遠心ファン28が整流用ダクト85に接続されている。
 本実施の形態では、1つのモータジェネレータに対応して設けられたインバータが、6つの半導体素子26から構成されている。これら複数の半導体素子26を一括して冷却する場合、複数の半導体素子26を均一に冷却するという要求がある。これに対して、上記の比較例では、遠心ファン28から供給された冷却風を均等に複数の半導体素子26に向けて導くため、遠心ファン28から供給された冷却風を整流化する整流用ダクト85を設けている。しかしながら、このような構成では、半導体素子の冷却構造の大型化を招いてしまう。
 一方、図2から図4中に示す本実施の形態における半導体素子の冷却構造では、複数枚の冷却フィン43と複数枚の冷却フィン53とを冷却風通路31を挟んだ両側に設けることにより、遠心ファン28から冷却風通路31に供給された冷却風をT字状に流通させる。そして、その下流側の冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51上に複数の半導体素子26を並列的に配置することにより、整流用ダクトを用いることなく複数の半導体素子26に冷却風を均等に流通させる構造を実現している。
 この際、冷却風通路31における冷却風流れの下流側では、冷却風通路31を流通する冷却風が側壁22に衝突して冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51に流入するため、冷却風通路31における冷却風流れの下流側よりも上流側で、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51に流通する冷却風の流量が小さくなる懸念がある。
 これに対して、本実施の形態における半導体素子の冷却構造では、冷却風通路31における冷却風流れの上流側において、仮想線61および仮想線71が冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対して勾配を有する。この場合、図3中に示すように、冷却風通路31を流通する冷却風が冷却フィン43に衝突することによって、冷却フィン43に平行な方向の分散流が生じる。この分散流が、隣接する冷却フィン43間に形成された冷却風分岐通路41に流入するため、冷却風分岐通路41における冷却風の流量が増大する。また同様の理由から、冷却風分岐通路51における冷却風の流量が増大する。
 一方、冷却風通路31における冷却風流れの下流側では、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する仮想線61および仮想線71の勾配がゼロであるため、上記のような冷却フィン43および冷却フィン53による分散流の効果が得られない。結果、冷却風通路31における冷却風流れの上流側と下流側との間で生じていた冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51における冷却風の流量のばらつきが解消されるため、複数の半導体素子26を均等な流量の冷却風により冷却することができる。
 以上に説明した、この発明の実施の形態1における半導体素子の冷却構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における半導体素子の冷却構造は、冷媒としての冷却風が流通する冷媒通路としての冷却風通路31と、冷却風通路31から分岐し、冷却風通路31を挟んだ両側にそれぞれ配置される第1分岐通路としての冷却風分岐通路41および第2分岐通路としての冷却風分岐通路51とが形成され、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51を流通する冷却風によって複数の半導体素子26を冷却する冷却構造である。半導体素子の冷却構造は、冷却風通路31における冷却風流れの下流側に設けられる壁部としての側壁22と、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に冷却風分岐通路41を形成する複数枚の第1フィン部としての冷却フィン43と、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に冷却風分岐通路51を形成する複数枚の第2フィン部としての冷却フィン53とを備える。冷却フィン43および冷却フィン53は、それぞれ、冷却風通路31に向けて延びる先端に端部43pおよび端部53pを有する。
 複数枚の冷却フィン43は、冷却フィン43の端部43pが、その冷却フィン43と冷却風通路31における冷却風流れの下流側に隣り合う冷却フィン43の端部43pよりも、冷却風通路31に向けて大きく延出しないように設けられる。複数枚の冷却フィン53は、冷却フィン53の端部53pが、その冷却フィン53と冷却風通路31における冷却風流れの下流側に隣り合う冷却フィン53の端部53pよりも、冷却風通路31に向けて大きく延出しないように設けられる。複数枚の冷却フィン43間で端部43pを結んで得られる仮想線61および複数枚の冷却フィン53間で端部53pを結んで得られる仮想線71の、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する勾配は、冷却風通路31における冷却風流れの下流側よりも上流側で大きくなる。
 このように構成された、この発明の実施の形態1における半導体素子の冷却構造によれば、複数枚の冷却フィン43間で端部43pを結んで得られる仮想線61および複数枚の冷却フィン53間で端部53pを結んで得られる仮想線71の、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する勾配を、冷却風通路31における冷却風流れの下流側よりも上流側で大きくすることにより、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51における冷却風の流量が冷却風通路31における冷却風流れの上流側と下流側との間でばらつくことを抑制できる。これにより、複数の半導体素子26をより均一に冷却することができる。
 なお、本発明を、燃料電池と2次電池とを動力源とする燃料電池ハイブリッド車(FCHV:Fuel Cell Hybrid Vehicle)または電気自動車(EV:Electric Vehicle)に搭載されるパワー制御ユニットに適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、2次電池の使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
 また、本発明は、パワー制御ユニットに限られず、半導体素子の冷却が必要となる各種装置に適用される。
 (実施の形態2)
 本実施の形態では、実施の形態1における半導体素子の冷却構造の各種変形例について説明する。以下では、実施の形態1における半導体素子の冷却構造と比較して、重複する構造については説明を繰り返さない。
 図8は、図2中の半導体素子の冷却構造の第1変形例を示す断面図である。図8を参照して、本変形例では、仮想線61および仮想線71が、冷却風通路31における冷却風流れの下流側から上流側に向けて、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する勾配を大きくしながら湾曲する。仮想線61および仮想線71は、側壁22と側壁24との間で連続して湾曲している。
 図9は、図2中の半導体素子の冷却構造の第2変形例を示す断面図である。図9を参照して、本変形例では、仮想線61および仮想線71が、冷却風通路31における冷却風流れの下流側(領域91)および上流側(領域92)の双方において、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対して一定の勾配を有する直線により表わされる。冷却風通路31における冷却風流れの上流側(領域92)における仮想線61および仮想線71の勾配は、冷却風通路31における冷却風流れの下流側(領域91)における仮想線61および仮想線71の勾配よりも大きい。
 仮想線61および仮想線71の勾配が大きいほど、冷却風通路31を流通する冷却風と冷却フィン43および冷却フィン53との衝突による分散流が大きくなるため、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51における冷却風流量が増大する現象が顕著となる。このため、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51における冷却風の流量のばらつきを抑制するために、複数枚の冷却フィン43および複数枚の冷却フィン53の長短を調整し、仮想線61および仮想線71の勾配をチューニングする。この際、実施の形態1や上記変形例に示すように、仮想線61および仮想線71を、傾きの異なる直線や曲線などを適宜組み合わせた形態としてもよい。
 図10は、図2中の半導体素子の冷却構造の第3変形例を示す断面図である。図10を参照して、本変形例では、仮想線61および仮想線71が、冷却風通路31における冷却風流れの下流側から上流側に向けて、冷却風通路31における冷却風の流れ方向に対する勾配を大きくしながら湾曲する。この際、冷却風通路31における冷却風流れの同じ地点で比較した場合に、複数枚の冷却フィン53の端部53pを結んで得られた仮想線71の勾配が、複数枚の冷却フィン43の端部43pを結んで得られた仮想線61の勾配よりも大きくなる。
 冷却風通路31に対する冷却風の供給に遠心ファン28を用いた場合、遠心ファン28の回転中心から見て外周側から送り出される冷却風の流量が大きくなり、内周側から送り出される冷却風の流量が小さくなる現象が生じる。このような現象に起因して、図10中に示す遠心ファン28の接続形態においては、遠心ファン28が開口部23に接続される断面において冷却フィン43側から冷却フィン53側に近づくほど冷却風の流量が小さくなる流量分布が生じる(矢印103に示す流量分布)。
 これに対して、本変形例では、複数枚の冷却フィン53の端部53pを結んで得られた仮想線71の勾配が、複数枚の冷却フィン43の端部43pを結んで得られた仮想線61の勾配よりも大きいため、冷却フィン53側で、冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51における冷却風流量が増大する現象がより顕著となる。結果、遠心ファン28の上記特性にもかかわらず、冷却風分岐通路41における冷却風の流量と冷却風分岐通路51における冷却風の流量とがばらつくことを抑制できる。
 図11は、図2中の半導体素子の冷却構造の第4変形例を示す断面図である。図中には、図4に示す範囲と同じ範囲が示されている。
 図11を参照して、本変形例では、側壁22に突出部96が設けられている。突出部96は、側壁22の内表面から冷却風通路31に向けて突出するように設けられている。突出部96は、冷却風分岐通路41と冷却風分岐通路51との間に配置されている。突出部96は、冷却風分岐通路41側と冷却風分岐通路51側とに対称の形状を有する。突出部96は、図11中に示す平面視において、冷却風通路31に向けて突出する先端に頂点を有する三角形状を有する。
 本変形例によれば、冷却風通路31を流通する冷却風が、突出部96によって円滑に冷却風分岐通路41および冷却風分岐通路51に分流されるため、冷却風流れの圧力損失を低減することができる。これにより、遠心ファン28の体格を小さくし、半導体素子の冷却構造の小型化を図ることができる。
 このように構成された、この発明の実施の形態2における半導体素子の冷却構造によれば、実施の形態1に記載の効果を同様に得ることができる。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 この発明は、主に、半導体素子を搭載する各種装置の冷却構造に適用される。
 21 冷却器ケース、22,24 側壁、23 開口部、25 底壁、26 半導体素子、28 遠心ファン、29 噴き出し口、31,81 冷却風通路、41,51 冷却風分岐通路、43,43A~43F,53,83 冷却フィン、43p,53p 端部、85 整流用ダクト、91,92 領域、96 突出部、106,108 ケーブル、110 電圧センサ、111 電流センサ、112 昇圧コンバータ、113 昇圧用IPM、114,122 インバータ、115 U相アーム、116 V相アーム、117 W相アーム、118 走行用IPM、120 車両用駆動装置、121 パワー制御ユニット、124,125 電流センサ、126 動力分割機構、130 制御装置、132 リアクトル、133 平滑用コンデンサ、140 バッテリユニット、141,142 端子、143,144 DC端子。

Claims (6)

  1.  冷媒が流通する冷媒通路(31)と、前記冷媒通路(31)から分岐し、前記冷媒通路(31)を挟んだ両側にそれぞれ配置される第1分岐通路(41)および第2分岐通路(51)とが形成され、前記第1分岐通路(41)および前記第2分岐通路(51)を流通する冷媒によって複数の半導体素子(26)を冷却する冷却構造であって、
     前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側に設けられる壁部(22)と、
     前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に前記第1分岐通路(41)を形成する複数枚の第1フィン部(43)と、
     前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に互いに間隔を隔てて配置され、互いに隣り合う位置に前記第2分岐通路(51)を形成する複数枚の第2フィン部(53)とを備え、
     前記第1フィン部(43)および前記第2フィン部(53)は、前記冷媒通路(31)に向けて延びる先端に端部(43p,53p)を有し、
     複数枚の前記第1フィン部(43)は、前記第1フィン部(43)の前記端部(43p)が、その第1フィン部(43)と前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側に隣り合う前記第1フィン部(43)の前記端部(43p)よりも、前記冷媒通路(31)に向けて大きく延出しないように設けられ、複数枚の前記第2フィン部(53)は、前記第2フィン部(53)の前記端部(53p)が、その第2フィン部(53)と前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側に隣り合う前記第2フィン部(53)の前記端部(53p)よりも、前記冷媒通路(31)に向けて大きく延出しないように設けられ、
     複数枚の前記第1フィン部(43)間で前記端部(43p)を結んで得られる仮想線(61)および複数枚の前記第2フィン部(53)間で前記端部(53p)を結んで得られる仮想線(71)の、前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に対する勾配は、前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側よりも上流側で大きくなる、半導体素子の冷却構造。
  2.  前記端部(43p,53p)を結んで得られる仮想線(61,71)は、前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側で、前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に対して平行方向に延び、前記冷媒通路(31)における冷媒流れの上流側で、前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に対して斜め方向に延びる、請求項1に記載の半導体素子の冷却構造。
  3.  前記端部(43p,53p)を結んで得られる仮想線(61,71)は、前記冷媒通路(31)における冷媒流れの下流側から上流側に向けて、前記冷媒通路(31)における冷媒の流れ方向に対する勾配を大きくしながら湾曲する、請求項1に記載の半導体素子の冷却構造。
  4.  前記壁部(22)を有し、前記第1フィン部(43)および前記第2フィン部(53)を収容するケース体(21)と、
     前記ケース体(21)に向けて冷媒を供給するファン(28)とをさらに備え、
     前記ケース体(21)には、前記冷媒通路(31)における冷媒流れの上流側で開口する開口部(23)が形成され、
     前記ファン(28)は、前記開口部(23)に直接、接続される、請求項1に記載の半導体素子の冷却構造。
  5.  前記ファン(28)は、遠心ファンであり、前記開口部(23)に接続される断面において前記第1フィン部(43)側から前記第2フィン部(53)側に近づくほど冷媒流量が小さくなるように、前記開口部(23)に接続され、
     複数枚の前記第2フィン部(53)間で前記端部(53p)を結んで得られる仮想線(71)の勾配は、複数枚の前記第1フィン部(43)間で前記端部(43p)を結んで得られる仮想線の勾配よりも大きい、請求項4に記載の半導体素子の冷却構造。
  6.  前記壁部(22)に設けられ、前記第1分岐通路(41)と前記第2分岐通路(51)との間で前記冷媒通路(31)に向けて突出する突出部(96)をさらに備える、請求項1に記載の半導体素子の冷却構造。
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